Служебное ПО

Утилиты дополняют интерфейс пользователя и используются в тех случаях, когда программного обеспечения, представленного в ОС, недостаточно для обслуживания пользователем компьютера.

Они обеспечивают реализацию следующих действий:

обслуживание магнитных дисков (форматирование, дефрагментация, проверка поверхности и др.);

обслуживание файлов и каталогов (поиск и восстановление удаленных файлов);

предоставление информации о ресурсах компьютера;

шифрование информации;

защита от компьютерных вирусов;

архивация файлов и др.

Существуют отдельные утилиты, используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные утилиты. В настоящее время для ПК среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект утилит Norton Utilities.

Рис. 4.9. Стандартные утилиты Windows

Примерами встроенных утилит в ОС Windows являются программы для проверки диска Scandisk и его дефрагментации Defrag. Некоторые стандартные утилиты ОС семейства Windows доступны на вкладке Служебные в группе Стандартные программы в меню Пуск (рис. 4.9).

Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить в них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и более универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов.

Средства коммуникации (коммуникационные программы ). Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживать передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылка факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.

Средства сжатия данных. Существуют различные методы сжатия данных. Некоторые из них ориентированы на сжатие текстовых файлов, другие — графических, и т.д. Однако во всех используется общая идея, заключающаяся в замене повторяющихся последовательностей битов более короткими кодами.

Возможность сжатия данных обусловлена их содержательной избыточностью при представлении для хранения на внешних носителях. Степень избыточности данных зависит от типа данных. Наибольшей степенью избыточности обладают видеоданные, а наименьшей — текстовые. Немаловажным фактором, влияющим на степень избыточности данных, является принятый алгоритм кодирования данных. С точки зрения пользователя избыточность данных играет положительную роль, поскольку улучшает восприятие информации, однако, избыточность является нежелательной при организации хранения или передачи данных по вычислительным сетям.

Существует два разных подхода к сжатию данных, хранимых на внешних носителях. Первый подход заключается в сжатии данных всего носителя (диска). В этом случае, как правило, используются специальные утилиты операционной системы, отслеживающие изменения на диске и выполняющие при обнаружении изменений сжатие. Недостатком такого подхода является замедление работы компьютера, поскольку при любом обращении к диску информацию нужно или сжимать при записи, или возвращать к нормальному состоянию при считывании. Кроме этого, данные на сжатом диске гораздо сложнее восстановить при сбоях в компьютере.

Более популярным и эффективным является другой подход, заключающийся в сжатии отдельных файлов или папок. Эту процедуру чаще называют архивацией данных. Программы, используемые при архивации отдельных файлов, называются архиваторами.

Алгоритмы сжатия данных делятся на универсальные и специализированные. Универсальные алгоритмы рассматривают любые данные как последовательность битов. Специализированные алгоритмы, как правило, разрабатываются для конкретных типов данных, например, видеоданных или графики.

Эффективность сжатия информации оценивается коэффициентом сжатия, который определяется как отношение размера исходных данных к размеру сжатых. Соответственно, чем больше данный коэффициент, тем меньше избыточность сжатых данных.

В основе всех алгоритмов сжатия данных лежат три теоретических алгоритма:

алгоритм RLE (Run Length Encoding);

алгоритмы группы KWE (KeyWord Encoding);

алгоритм Хаффмана.

Алгоритм RLE основан на подсчете последовательности подряд идущих одинаковых чисел и записи вместо таких последовательностей двух чисел: значение числа повторений и значение повторяющегося числа. Например, последовательность чисел

кодируется следующей последовательностью

64 35 53 69 71.

Если для кодирования одного числа используется четыре бита, то размер исходной последовательности составляет 108 бит (13.5 байт), а сжатой — 40 бит (5 байт). Соответственно коэффициент сжатия равен 2.7.

Алгоритм KWE основан на сжатии данных по ключевым словам. В основу алгоритма положен принцип кодирования лексических единиц (часто повторяющиеся последовательности символов, отдельные слова или фразы) группами байт фиксированной длины.

Как правило, лексическими единицами являются повторяющиеся последовательности символов, которые кодируются цепочкой символов (кодом) меньшей длины. В результате кодирования формируется словарь.

Алгоритмы LZ (Лемпеля-Зива) и LZW (Лемпеля-Зива-Велча), по сути, являются модификациями KWE-алгоритма.

В алгоритме LZ словарь лексических единиц формируется каждый раз при сжатии новых данных. В алгоритме LZW для сжатия данных используется составленная таблица фраз (словарь).

Алгоритмы сжатия этой группы наиболее эффективны для текстовых данных больших объемов и малоэффективны для файлов маленьких размеров (за счет необходимости сохранения словаря).

Алгоритм Хоффмана использует частотный анализ входной последовательности данных, то есть устанавливает частоту повторения каждого символа. После этого символы сортируются по уменьшению частоты вхождения. Сжатие происходит за счет кодирования часто встречающихся символов битовыми группами меньшей длины. Алгоритм Хоффмана универсальный, его можно применять для сжатия данных любых типов, но он так же, как и алгоритм KWE, малоэффективен для файлов маленьких размеров (из-за необходимости сохранения словаря).

Алгоритмы сжатия широко применяются для более компактного хранения изображений. В этом случае сжатие данных (устранение избыточности) реализуется автоматически при сохранении графического файла в выбранном формате. Разные форматы графических файлов реализуют различные алгоритмы. Так, графические форматы BMP и PCX реализуют RLE-алгоритм, а форматы GIF и TIFF — LZW-алгоритм. Формат JPEG использует одноименный алгоритм сжатия.

Для хранения звука и видео в цифровом виде требуется гораздо больше памяти, чем для хранения текста и графики, поэтому без использования алгоритмов сжатия работа с этими типами данных была невозможной.

Для представления и хранения звука используются алгоритмы МР (МРЗ, МР4), а для видео — MPEG, AVI и др.

По характеру воздействия данные алгоритмы сжатия делятся на:

необратимые;

обратимые.

При использовании необратимых алгоритмов, которые также называются алгоритмами сжатия с регулированными потерями информации, изменяется содержимое данных так, что при восстановлении (разархивировании) данных из архива не происходит их полного восстановления. Такие алгоритмы можно применять только для таких типов данных, для которых потеря части содержимого не приводит к существенному искажению информации, например, видео- и аудиоданные, а также графические данные. Методы сжатия с регулированными потерями информации обеспечивают большую степень сжатия, но они не применимы к текстовым данным, т.к. могут привести к изменению или потере смысловой информации в текстовых файлах. Частичная потеря информации при сжатии предусмотрена форматом JPEG для графических данных, форматом MPG — для видеоданных и МРЗ — для аудиоданных.